JPS59133512A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカメラ等の焦点検出装置に関するものである。

従来、ＵＳＰ４，２３０，９４１の開示の如（ＴＴＬ（
ｔｈｒｏｕｇｈ　　ｔｈｅ　　１ｅｎｓ　）による測距
装置として、焦点検出面近傍に微小レンズの列を設け、
このレンズ列を構成する各微小レンズの後方にそれぞれ
一対の光電変換素子を設けたものがある。この装置は撮
影レンズの射出瞳上の互いに異なる部分を通過した光束
を、微小レンズ列と複数対の光電変換素子により分離し
、この複数対の光電変換素子の光重出力より異なる瞳部
分を通過した光により形成される２つの像のズレを検出
して焦点検出を行なうものである。この装置に関して第
１図を用いて説明する。第１図（Ａ）において１１は撮
影レンズ、１２はフィールドレンズ、１３，１４．１５
は焦点面近傍に位置する微小レンズ、１３ａ、１５ｂ、
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂは各微小レンズの後方
に置かれた各一対の光電変換素子である。第１図（Ｂ）
はこの複数対の光電変換素子のｌ　９　） 正面図である。ここで各微小レンズはその後方の一対の
光電変換素子受光部と、撮影レンズ１１の射出瞳位置が
概略共役の位置に来るように曲率を持たせである。捷だ
フィールドレンズ１２は図中上端及び下端に近い微小レ
ンズに関する程光路を強く曲げるものであって、撮影レ
ンズの射出瞳位置４が所定の位置１６にある時に各一対
の光電変換素子の受光部の像が射出瞳上で相互に完全に
重なり合って存在するように、即わち１３　ａ　＋　１
４　ａ。

１５ａの像が１１ａに、そして１３ｂ、１４ｔ）＋１５
ｂの像が１１ｂにそれぞれ重なり合って存在するように
その曲率が決められている。以後、各光電変換素子受光
部の焦点検出光学系１２．１３による像が互いに完全に
重なり合う位置を”設定瞳位置”と呼ぶことにする。通
常この種の焦点検出装置は、焦点検出に用いられる光束
が撮影レンズの射出瞳によってほとんどケラレることの
々い場合のみしか、即わちＦナンバーの小さい明るい撮
影レンズに対して［７か有効に合焦検出を行なえ斤いと
いう欠点を有していた。従って１眼レフカメラのように
撮影レンズが交換可能がカメラにおいては、使用可能な
交換レンズがそのＦナンバーと射出瞳位置により制限さ
れるという問題を生じていた。

本発明はこねらの欠点を解決［、撮影レンズのＦナンバ
ーや射出瞳の位置によらず、正確な焦点検出を可能とす
る焦点検出装置′ｆｆ得る事を目的とする。

不発明は「前記焦点検出光学系の″設定瞳位置′。

とほとんど等し７い位置に射出瞳をもつ撮影レンズにお
いては、そのレンズのＦナンバーが大キく、従って検出
光束の一部がケラレる場合でも、ケラレの影響は検出素
子上に一様に生じるので焦点検出′＃４度はほとんど低
下しない。」という事実に鑑み、そｆｌ、ぞれ異なる”
設定瞳位置′を持つ襟数列の微小レンズ列と、各レンズ
列に対応する光電変換部を設け、撮影レンズの射出瞳位
置に応じて、それに最も近い”設定瞳位置”を有する微
小レンズ列を選択できるようにし、このレンズ列に対応
する光電変換部からの信号出力を用いて合焦判定を行々
えるようにしたものである。

具体的に３５１ｍ１眼ｌ／フカメラの場合について考え
てみると、交換レンズ（撮影レンズ）の射出瞳位置は焦
点面から５０ｍｍ程度のものから４００ｍ−＋越オるも
のまで千差万別であり、そのレンズの開放Ｆナンバーも
Ｆｌ、２程度からＦｉ１？越す暗いものまで存在１てい
る。もＥ７第１図に相当する焦点検出装置の前記１１設
定瞳位置”１６？焦点面から１００ｕ＋（焦点面から１
１設定瞳位Ｍｌ捷での距離をＰＯで表わせばＰＯ＝１０
０ｍ）の所に設計し、検出に使用する光束の広がり、即
わち光電変換素子１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ。

１５ａ、１５ｂの受光部形状により限定される検出光束
の広がり？Ｆ４ＶＣ設計するとする々らば、Ｆ４より暗
いレンズでかつ射出瞳位置がＰＯ＝１００ｉｍでない交
換レンズに関しては該焦点検出装置の検出精度は著しく
低下する事になる。

第２図は焦点検出光学系を上記設計値部わち検出光束？
Ｆ４．１１設定瞳位置”１０（ｉｎとした時に撮影レン
ズの明るさがＦ６で射出瞳位置をそれ（５）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　ハハぞれＰＯ＝１００
ｕ＋　、ＰＯ＝５０＋ｏ＋　、ＰＯ＝ｃｏと１、た時の
ケラレの程度を示す。第２図体）は撮影レンズ射出瞳位
置ｐｏが１００酊の場合であり、それぞれ各Ｆ４の広が
りの光束を受ける各光電変換素子の受光部１５ａ、１５
ｂ、１４ａ、１４ｂ。

１３ａ、１３ｂＫは撮影レンズのＦ６の瞳を通過して来
た光束＃１３’、　１４’、　１５’が、すべての受光
部対に対１７て等り、＜割りあてら釣る。従って被写体
が一様輝度の場合には、各光電変換素子出力１５ａ’、
１５ｂ’、１４ｍ’、１４ｂ’、１３ａ’、１３ｂ’は
第２図（Ｄ）の様に一様となる。したがってこの場合に
はケラレは存在１−ているにもかかわらず、検出精度の
低下は生じない。即ち複数の光電変換素子対より２像の
ズレを検出することは可能である。第２図（Ｂ）は撮影
レンズ射出瞳位置ＰＯが５０ｍの場合で、それぞれＦ４
の広がりの光束を受ける受光部１５ａ、１５ｂ、１４ａ
、１４ｂ、１３ａ、１３ｂには撮影レンズのＦ６の瞳を
通過して来た光束１３“。

１４’、１５“が図示のごとく受光部の場所ごとに異な
った比率で分配されている。従って被写体が−（６） 様輝鳩の場合のとの時の各光電変換素子１５ａ。

１５ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ａ、１３ｂの光電出力は
第２図（ｇ）のそれぞれ１５ａ’、１５ｂ’、１４ａ’
、１４ｂ’。

１３ａ’、１３ｂ’のどとく力る。ここで両端の微小レ
ンズ１６及び１５の位置が中心の微小レンズ１４からそ
れぞれ＋’ｌ、　５　鮎、　−’ｌ、　５　ｍの位置に
ある場合について第２図（匂のδのクラレ量を求めてみ
ると平均を１としておよそδ≧α３と非常に大きい値に
々る。即ち対を斤す光電変換素子の光電出力が一様輝度
の被写体にもかかわらすケラレによって太きく異なった
出力となってしまう。この様々状況の下においては複数
の光電変換素子対より２像のズレを算出する事は非常に
困難となる。第２図（Ｃ）は撮影レンズの射出瞳位置ｐ
ｏがωの場合でこの場合のケラレは第２図（Ｂ）と全く
逆になる。この場合の一様輝度被写体に対する光電出力
は第２図（Ｆ）のようになり、やはりケラレの程度ａは
±ｚ５ｎの位置でδ主０．３程度になる。即ち第２図（
Ｂ）の場合と同様に、対をなす光電変換素子の光電出力
が、一様輝度の被写体にもかかわらずクラレによって大
きく異方った出力となり複数の光電変換素子対より２像
のズレを算出することは非常に困難となる。

本発明は前記１１設定瞳位置ＩＩを異にする複数列の微
小レンズ列を設け、撮影レンズの射出瞳位置に応じてそ
れに近い１１設定瞳位置１１を有する微小レンズ列（単
一の、あるいは必要に応じて複数の）に関する光電出力
より焦点検出を行ない、撮影レンズの射出瞳位置によら
ず合焦検出可能な焦点検出装置を提供するものである。

以下本発明の具体的実施例を第５図、第４図。

第５図により説明する。本実施例は焦点面近傍に３列の
微小レンズ列を設けるとともに、各レンズ列を構成する
各微小レンズの後方にそれぞれ一対の光電変換素子を配
置し、３列の微小レンズ列が互いに異々る１１設定瞳位
置”　’（ｒ−有するように構成【７たものである。こ
れら５列に関するｌ＋設定瞳位置１１は第５図のように
ｘ＋３’＋Ｚの位置に対応しており、こわら６つの位置
に対応する３列の微小レンズ列５ｘ列、ｙ列、２列と呼
ぶ事にする。

第３図、第４図は各列の微小レンズ３１ｘ〜６５ｘ　＋
　３１　ｙ　〜３５　ｙ　＋　３１　Ｚ　〜３５　ｚと
各微小レンズの背後にそねぞわ位置する一対の光電変換
素子３１ｘａ−３５ｘｂ　、３１ｙａ〜３５ｙｂ　、３
１ｚｔ〜３５ｚｂとの位置関係を図示したものである。

このうちｙ列においては微小レンズ５１ｙ〜３５ｙの中
心に関して対称な位置に各一対の光電変換素子３１ｙａ
。

３１）ｒｂ・・・・・・５５ｙａ、３５ｙｂが配置され
ており、第４図のレンズ４ｙにより光路を曲げられた各
光束（受光面の像を形成する各光束）は第５図ｙの位置
に前記：１設定瞳位置”　’（ｒ−持つ。またＸ列にお
いては微小レンズ３１ｘ＝３５ｘの中心に対して各一対
の光電変、換素子３１ｘａ、３１ｘｂ−”３５ｘａ、３
５ｘｂが端のもの程外側にずれて配置されており、その
結果第４図のレンズ４Ｘにより光路を曲げられた各光束
は第５図Ｘの位置に前記＋１設定瞳位置＋１を持つ。ま
た、２列においては微小レンズ３１ｚ〜３５ｚの中心に
対して各一対の光電変換素子３１ｚａ。

の ３１ｚｂ・・・・・・３５ｚａ、３５ｚｂが端のもと稚
内側にずれて配置されており、その結果レンズ４ｚによ
り光路を曲げらねた各光束は第５図２の位置に前記１１
設定瞳位置ＩＩを持つ。

この例では微小レンズの中心に対して光電変換素子対を
少しずつずらす事で１設定瞳位置９？変えたが、勿論微
小レンズ列の前に置かれたレンズ列４ｘ＋　４３’　Ｈ
４ｚの曲率を列ごとに変えても同様の事を行かうことが
できる。

次に第５図を用いてｗ股定瞳位置署の決め方の例につい
て説明する。カメラに着脱可能な交換レンズ（撮影レン
ズ）群の中で射出瞳位置が焦点面に最も近いものの射出
瞳位置ｐと最も遠いものの射出瞳位ｆｔａ（図では５−
（１））が焦点面近傍に設けられた微小レンズ列４に＋
４）’＋４ｍに対して張る角を図のとと〈θとし、異な
る１１設定瞳位置ＩＩをＮ個設けるとする時（本実施例
の場合はＸ＋３’＋２の３個）第５図に示したα＝θ／
（２Ｎ）で角θを分割し、即ち図の場合Ｎ＝３なのでｄ
−θ／６として／ｐ　ｔ　ｘ＝ａ　、　／ｐ　ｔｙ　＝
３α＋　／ｐ　ｔ　ｚ　＝５αととなるように”＋Ｙ＋
”の位置を決める。この様にして各微小レンズ列（Ｘ＋
）’＋！列）がそれぞれ各点ｘ　＋）’　ｌＺ”ｅ中心
に１〜で±αの角、即ち／ｐ　ｔ　ｑ　ｓ／ｑ　ｔ　ｒ
　ｔ／ｒ　ｔ　ｓ　　の角をそれぞれカバーする。即ち
撮影レンズの射出瞳がｐとｑの間にある時にはＩ＋設定
瞳位ｆｆ　ＩＩがＸの位置にあるレンズ列ヒ （Ｘ列）を、射出瞳がｑとｊの間にある時には＋１設定
瞳位置１１がｙの位置にあるレンズ列（ｙ列）ヒ を、射出瞳がｌとωの間にある時には胸設定瞳位置Ｉ＋
が２の位置にあるレンズ列（２列）ｆ使用すればよい。

この様にする事で撮影レンズの射出瞳によるクランの影
響、即ち撮影レンズのＦナンバーが大きくて焦点検出を
行斤う為の光束がクランを生ずる場合に、撮影レンズの
瞳位置とＩ＋設定瞳位置１１との間のズレにより生ずる
第２図で説明した焦点検出誤差（Ｆナンバーが小さくて
焦点検出を行なう為の光束がクランを生じかい場合は撮
影レンズの瞳位置と１１設定瞳位置＋１との間のズレに
よる影響はない）′＋ｒ−単一の１１設定瞳位４ｆｉ　
Ｉｆ　Ｌ、か有しない場合の１／Ｎ以下とすることがで
きる。本装置は以上のようにして撮影レンズの射出瞳位
置と１１設定瞳位置１１とを近接できるようにし、クラ
ンを生ずる場合であっても各光電変換素子対に入射する
光が斤るべく一様にクランるようにして、その光重変換
出力より焦点検出を行なうものである。光電変換素子列
から焦点検出を行なう方法は従来公知の方法と同様であ
るので説明全省略する。

捷た、各＋１設定瞳位置１１の丁度中間の所に射出瞳が
来る場合にば、その両側に位置する１１設定瞳位置１１
に関する情報を合わせて使用するとより一層効果がある
。

さらに別の実施例を第６図により説明する。第６図（Ａ
）は焦点面近傍に設けられた複数の微小レンズ列の配置
と各微小レンズの背後におかれた各光電素子対との関係
を示す図であり、この（Ａ）でけ光電変換素子対の外形
を全て示さすに第６図（Ｃ）に示すような光電変換素子
対ａ、ｂの中心点Ｃのみを黒点で示している。また一点
鎖線は各微小レンズの中心線である。第６図（Ｂ）ｆｄ
（Ａ）の光電変換素子対の２次元配列により構成された
自己走査型イメージセンサケチす。第６図においては６
種（Ｎ＝６）の異なる１１設定瞳位置ＩＩが設けらねて
おり、隣接する列の各微小レンズは第６図（Ａ）の如く
少しずつ相互の並びがすねている。そ１て各微小レンズ
列ｕ　、　Ｖ　、　Ｗ　、　Ｘ　、　ｙ　、　Ｚけその
１１設定瞳位置＋１が少しずつ異なっており１１設定瞳
位置１１はＵ列の場合が最も焦点面に近く、ｙ、ｗ・・
・列というように順次その１１設定瞳位置１１が焦点面
から遠く々す、２列の場合が最も焦点面から遠い。

第６図（Ｂ）で６ｕ、６ｖ、６ｖｔ、６ｘ、６ｙ、６ｚ
はＣＣＤ等のシフトレジスターにより構成された水平転
送段であり、並列的に水平転送された電荷信号は垂直転
送段６６により１次元に時系列化されてバッファアンプ
６７を介して出力される。第７図はその出力を示したも
のであり図示のとと＜６１ｕａ。

６１ｖａＩ６１ｗａ　、６１ｘａ、６１ｙａ　、６１　
ｚａ　；６ｊｕｂ　、６１ｖｂ　。

６１ｖｂ　、６１ｘｂ　、６１ｙｂ　、６１　ｚｂ　；
６２ｕａ　、６２ｖａ　、６２ｘａ　。

６２ｘｌＪ６２ｙａ、６２ｚａ；・・−・・・・・；　
　６５ｕａ＋６５ｖａ、６５ｘａ。

に出力される。個選択回路ブロック６８は瞳選択信号？
端子６９より受は選択された１１設定瞳位置１１に関す
る信号、列えはＸ列が選択されたとすれば、６１ｘａ、
６１ｘｂ、６２ｘａ、６２ｘｂ、−・・・・−６３ｘａ
、６３ｘｂ・・・・・・６５ｘａ、６５ｘｂ　ｆサンプ
ルホールドして出力６０に出力する。そしてこの出力信
号は第３〜５図の実施例の場合と同様に従来公知の方法
と同様に１〜て処理され、焦点検出がなされる。この実
施例の場合でも、前述１〜た実施例と同様に撮影レンズ
の射出瞳によるクランの影響を小さくすることができる
。

またブロック６８は撮影レンズの成る射出瞳位置に関し
て、それに近い複数の微小レンズ列の１１設定瞳位置■
に関する出力を合成して出力する事も可能で、例えば撮
影レンズの射出瞳位置が、微小レンズのＸ列の１１設定
瞳位置＋１とｙ列の１１設定瞳位置＋１との間に存在す
る場合には、端子６９からの信号がＸ列とｙ列を選択指
定し、個選択回路ブロック６８が６１ｘａと６１ｙａ、
６１ｘｂと６１７ｂ。

６２ｘａと６２ｙａ　１６２ｘｂと６２ｙｂ＋・”・”
＋　６５ｘａと６５ｙａ、６５Ｘｂと６５ｙｂのそれぞ
れ平均値（加算値）をサンプルホールド１〜で出力６０
に出力し、不図示の回路がこの出力【基づいて焦点検出
を行方うこともで＾る。この様に複数列の佃月を用いる
事により、隣接する微小レンズ列が第６図（Ａ）のよう
相互に少しずつずわている事と相捷って、Ｘ列の微小レ
ンズ間のギャップに像の明暗の境界が来た時でもｙ列の
微小レンズに関しては境界が微小レンズ開口内に来るの
で検出精度のバラツキ？！小しンズゲ１例だけ甲いた場
合に比べて小さくする事ができる。

尚、これまで光重変換素子列の出力をどのようにして選
択するかについて述べ斤かったが、このようか選択は操
作者が交換レンズに応じて手動で選択１〜でやってもよ
い［７、あるいは交換レンズに信号部材を設けこの信号
部材」：す各交換レンズに応じて選択してやってもよい
。

もちろん撮影レンズの射出瞳位置と＋１設定瞳位置１１
とが完全に一致すわはケラレがあっても光電出力のレベ
ルが低下するだけであって焦点検出誤差は生じない。し
たがってどのような交換レンズを装着（、でもその交換
レンズの射出瞳位置と１１設定瞳位置１１とが完全に一
致するよう設けるのが望ましいことはい／１１でもない
。

１だ本発明でいう結像光学系はカメラの撮影レンズで々
くともよい。

以上詳述［またように本発明は交換レンズ等の結像光学
系の射出瞳位置に応じて、焦点検出光学系の１１設定瞳
位Ｗ１１　？設定できるので、ケラレを生じたと１．て
も従来より正確な焦点検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を説明するものであり、（Ａ）は原理図
、（Ｂ）は複数対の光電変換素子の正面図、第２図の（
Ａ）〜（Ｆ’）は従来例の欠点を説明する図、第３図〜
第５図は本発明の一実施例であり、第３図は各微小レン
ズと各光電変換素子の受光面との関係分示す正面図、第
４図（Ｎ〜（Ｃ１はそれぞれ微小レンズ列と各光電変換
素子との関係を示す側面図、第５図は１１設定瞳位置１
１ｆ説明する為の図、第６図及び第７図は本発明の別実
施例であり、（Ａ）は各微小レンズと各光電変換素子と
の関係を示す正面図、（Ｂ）は各光電変換素子とその光
電出力を処理する回路を説明する図、（Ｃ）は（Ａ）の
黒点を説明する図、第７図は第６図（Ｂ）のバッファア
ンプ６７から出力すれる市気信号を示す図である。 （主要部分の符号の説明） 結像光学系・・・・・・例えは第１図の１１第１微小レ
ンズ列・・・・・・例えは第３図及び第４図の３１ｘ〜
３５ｘ 第１光電変換素子・・・・・・例λは第３図及び第４図
の３１ｘａ〜３５ｘａ”、３１ｘｂ〜３５ｘｂ第１位置
・・・・・・・・・例えば第５図のＸ第２微小レンズ列
・・・・・・例えば第３図及び第４図の３Ｄ〜３５ｙ 第２光電変換素子・・・・・・例えば第６図及び第４図
の３１ｙａ〜３５ｙａ；３１ｙｂ〜３５ｙｂ第２位置・
・・・・・・・・例えば第５図のｙ出願人　日本光学工
業株式会社 代理人　渡　　辺　　隆　　男 龜−宍

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 結像光学系の焦点面近傍に第１微小レンズ列を備えると
   ともに該第１微小レンズ列を構成する各微小レンズの背
   後にそれぞれ一対の第１光電変換素子を備え、前記第１
   微小レンズ列によって形成される前記第１光電変換素子
   の複数対の像が前記第１微小レンズの前方にある。第１
   位置で実質的に互いに重なり合うように構成し、さらに
   前記結像光学系の焦点面近傍に第２微小レンズ列全備え
   、該第２微小レンズ列を構成する各微小レンズの背後に
   もそれぞれ一対の第２光電変換素子を備えた焦点検出装
   置において、前記第２微小レンズ列によって形成される
   前記第２光電変換素子の複数対の像が前記第２微小レン
   ズの前方にある、前記第１位置とは異なる第２の位置に
   て実質的に互いに重なり合うように構成したことを特徴
   とする焦点検出装置。 （１）